鐵磁性（ferromagnetism）

鐵磁性是鐵以及少數其他材料所具有、使它們能成為永久磁鐵的性質：在某個溫度以下，它們內部的磁性會自發地開啟並持續下去，無需任何外加磁場來維持。冰箱上的磁鐵、指南針的磁針，以及硬碟上的資料，都仰賴同一個安靜的奇蹟——無數的原子自旋，自發地選擇朝同一個方向排列。

在居禮溫度 T_c 以下，鐵磁體中的電子自旋自發地排齊，即使不施加外場也產生淨磁化；這是自發對稱破缺（spontaneous symmetry breaking）的教科書範例——材料選定了一個方向，因而破壞了旋轉對稱性。其根源是深刻地量子性的：這種排齊由交換交互作用（exchange interaction）驅動，那是庖立不相容原理與庫侖排斥共同的後果，使自旋平行的組態能量較低。海森堡模型（Heisenberg model）把這捕捉為 H = -J 對相鄰對求和的 S_i . S_j，其中正的耦合 J 有利於平行排列。在 T_c 以上，熱擾動壓倒了這種有序，材料變成普通的順磁體，其磁化率遵循居禮-外斯定律（Curie-Weiss law）。真實的鐵磁體會分裂成磁疇（magnetic domain），在外加場下移動疇壁便產生磁滯迴線（hysteresis loop），賦予永久磁鐵記憶。

鐵磁性驅動著電動機、發電機、變壓器與磁性資料儲存，也是相變物理的經典實驗場——伊辛與海森堡模型、朗道理論與臨界現象。最重要的一項誠實是關於成因：自旋之所以排齊，是因為靜電性的交換交互作用，而不是它們之間的磁偶極-偶極力——後者弱了數千倍，根本無法在室溫下維繫住磁有序。